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1、四川大学 硕士学位论文 用分布式实时视景生成技术实现塔台视景 姓名：杨华坤 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用 指导教师：杨红雨 20040430 用分布式实时视景生成枝术实 现塔台视景 Y 6 5 4 1 5 8 四川大学硕士学位论文 用分布式实时视景生成技术实现塔台视景 专业:计算机应用技术 研究生:杨华冲指导教师:杨红雨 塔台模拟机主要利用虚拟现实的技术，根据训练计划和用户的输入实时的 生成机场塔台的三维环境，为塔台管制人员提供训练用。 本课题使用分布式实时视景生成技术实 现了 基于微机的沉浸式三维视景系 统， 并将这样的系统用于实现塔台 模拟机的 视景生成部分，以 代替基于单机系 统
2、的S G I 图形工作站。 实验的结果表明， 用微机构成的这样的系统的性能 完全 可以 达到图形工作站的水平，而成本却大大降低。 分布式系统可以 聚集多台 廉价计算机的处理能力以 超越以 往的 大型机、巨 型 机才能 达到的 处 理能 力， 而三维图 形应 用正是 一种处 理密集型的 应用。 但 是 实现分布式系统的困 难也是明显的， 其中 包括任务的分配、数据一致性和通信 的开销， 而对于塔台 视景这样需要实时交互的系统来说， 在这些方面的困 难显 得更加明 显，再加上基于成本和可维护性的 考虑， 我们往往不能选用高 级实时 分布式系统常用的技术 ( 如映射内 在网 络和一些实时操作系统等)
3、 。 因此， 我们 需要针对应用的 硬件条件， 合理设计算法， 最大限 度的回避分布式处理可能带 来的不同步，响应慢等问题. 本文通过介绍塔台模拟机的视景生成部分的设计和实现，描述了如何通过 多台 微机并行的渲染整个三维场景，以 代替图形工作站。 其主要的内容包括塔 台模拟机中三维图形生成的原理，以及如何解决多台微机并行渲染场景所面临 的同 步问 题。我们将塔台 模拟机的视景生成部分的实现分为视景服务器和视景 客户端两部分，在多个视景客户端中，使用多机分区域渲染的技术实现大范围 的三维视景。 在视景服务器和视景客户端的 传输过程中，我们使用了信息丢失 不敏感的网络传输方案和信息的分级传输方式，
4、 实现了 视景显示的同步和视景 响 应的实时性。在视景客户端使用无缓冲区算法实现了 渲染帧率的自 动控制。 I 用分布式实时视景生成技术实现塔台视景四川大学硕士学位论文 本文主要由以下的几个部分组成: 第一部分介绍了塔台三维仿真系统的开发背景、目的、系统框架和各个组 成部分，描述了基于工作站的塔台模拟机和基于微机的塔台模拟机在实现上的 不同点。 第二部分介绍了塔台模拟机三维视景生成的原理，主要包括三维图形开发 包V e g a 和三维建模软件M u t i G e n - C r e a t o : 的介绍以 及如何用它们生成塔台模拟 机的 三维视景。 这部分还介绍了 塔台 模拟机中雨、雪、爆
5、炸、望远镜等特殊效 果的实现原理。 第三部分介绍了用基于微机的分布式实时视景生成技术实现塔台视景时， 将塔台模拟机的视景生成部分分为视景服务器和视景客户端。这一部分描述视 景服务器和视景客户端之间的通信方式。首先介绍了视景服务器和视景客户端 之间传送的信息的数据结构和传送的时序， 然后描述了信息不敏感网络的传输 方案和信息分级传送的方案解决视景客户端的同步问题。 第四部分介绍了用分布式的实时视景生成技术实现塔台模拟机视景生成部 分的 一些具体细节， 讨论了一些实现上的问 题的解决， 并综合前面各个部分中 的观点，给出了一个分布式实时视景生成系统的具体的实现。其中谈到了如何 消除系统负载程度对视
6、景服务器发送数据的影响，如何使用客户端无缓冲区的 算法实现帧率的自 动控制。在这一部分最后对由图形工作站构成的视景系统和 由基于微机的分布式实时视景系统进行了对比。 关键字: 虚拟现实塔台 模拟机视景客户端 视景服务器分布式实时视景生成 用分布式实时视景生成技术实现塔台视景四川大学硕士学位论文 U s i n g T h e D i s t r i b u t e r e a l - t i me v i s u a l g e n e r a t o r t o i mp l e me n t t h e T o w e r S i mu l a t i o n S y s t e m Ma
7、 j o r : C o m p u t e r A p p l i c a t i o n P o s t g r a d u a t e : Y a n g H u a k u nT u t o r : Y a n g H o n g y u T o w e r s i m u l a t i o n s y s t e m u s e t h e v i r t u a l r e a l i t y t e c h n o l o g y t o g e n e r a t e t h e r e a l - t i m e 3 1 ) g r a p h i c s o f t h
8、e a i r p o r t , t h i s s y s t e m h a s b e e n u s e d t o t r a i n t h e p e o p l e w o r k i n g o n t h e c o n t r o l t o w e r o f t h e a i r p o r t . w e u s e t h e d i s t r i b u t e re a l t i m e v i s u a l g e n e r a t o r t e c h n o l o g y t o b u i l d t h e v i r t u a l
9、 r e a l i t y s y s t e m b a s e d o n P C s . w e u s e t h i s s o l u t i o n t o i m p l e m e n t t h e v i s u a l g e n e r a t i o n p a rt o f t o w e r s i m u l a t i o n , w h i c h c a n b e u s e d t o r e p l a c e t h e S G I w o r k s t a t i o n o f t h e o l d v e r s i o n . A
10、c c o r d i n g t o t h e re s u l t o f e x p e r i m e n t , t h e s y s t e m l i k e t h i s c a n u s e v e ry l o w c o s t t o a r ri v e t h e p e r f o r m a n c e o f G r a p h i c s W o r k s t a t i o n . T h e d i s t r i b u t e s y s t e m c a n g a t h e r t h e a b i l i t y o f m a
11、 n y m i c r o c o m p u t e r s t o a r r i v e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e h u g e c o m p u t e r . B u t t h e d i f f i c u l t i e s t o i m p l e m e n t t h e d i s t ri b u t e s y s t e m i s c l e a r , w h i c h i n c l u d e t h e c o s t o f c o m m u n i c a t i o n , d a t
12、a c o n s i s t e n t , e t c . F o r t h e T o w e r s i m u l a t i o n s y s t e m w h i c h s h o u l d b e r e a l - t i m e a n d i n t e r a c t i v e , t h e s e d i f f i c u lt i e s b e c o m e s t a n d o u t , a d d e d t h e c o n s i d e r a t i o n o f c o s t a n d m a i n t e n a n
13、 c e , w e c a n n o t u s e s o m e t e c h n o l o g y s u c h a s r e a l - t i m e o p e r a t i o n s y s t e m o r r e fl e c t i v e m e m o ry n e t w o r k , e t c . S o w e s h o u l d s o m e e ff e c t iv e a l g o ri t h m s t o o v e r c o m e t h e s e d i ff i c u l t i e s . T h i s
14、 p a p e r f o c u s o n h o w t o u s e P C s t o i m p l e m e n t t h e d i s t r i b u t e r e a l - t i m e v i s u a l g e n e r a t o r w h i c h c a n b e u s e d i n t h e T o w e r s i m u la t i o n s y s t e m t o r e p l a c e t h e e x p e n s i v e g r a p h i c s w o r k s t a t i o
15、n . t h e v i s u a l g e n e r a t i o n p a rt h a s b e e n d i v i d e d i n t o v i s u a l s e r v e r a n d v i s u a l c l ie n t , w e u s e Mi n i c o m p u t e r s d i ff e re n t a r e a r e n d e ri n g t e c h n o l o g y t o g e n e r a t e a w i d e r a n g e 3 D s c e n e . w e u s
16、e s o m e a l g o r i t h m s s u c h a s n o 用分布式实时视景生成技术实 现塔台 视景 四川大学硕士学位论文 b u ff e r i n c l i e n t s t o g u a r a n t e e t h e re a l - t i m e a n d i n t e r a c t i v it y o f v i s u a l c l i e n t s . T h e c o n t e n t s o f t h i s p a p e r w i l l b e d e s c r i b e d i n t h e f o l l o w i n g p a r ts : I n t h e f i r s t p a rt , w e i n t r o d u c e t h e a i m s , b a c k g r o u n d a n d t h e c
